1.2. Липиды

К липидам относятся природные органические соединения, нерастворимые в воде и растворимые в органических растворите­лях (хлороформе, эфире, бензоле и др.). В организме животного липиды выполняют важнейшие биологические функции: входят в состав клеточных мембран и других биологически активных структур, служат энергетическим материалом, выполняют защит­ную роль, а некоторые из них — функции светочувствительных пигментов, гормонов и т. п.

Название одной из групп липидов, а именно жиров (от греч. «липос» — жир), взято для обозначения класса в целом. Липиды — сборная группа химических соединений, не имеющая единой хи­мической характеристики. В целом их можно рассматривать как класс органических соединений, большинство из которых при­надлежит к сложным эфирам многоатомных или специфически построенных спиртов и высших жирных кислот.

Существуют различные классификации липидов. В зависимос­ти от состава, строения и роли в организме сложилась следующая классификация липидов.

34

Простые липиды. Представлены двухкомпонентными веще­ствами — сложными эфирами высших жирных кислот с глицери­ном, высшими или полициклическими спиртами. К ним отно­сятся: жиры (триглицериды) — сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта — глицерина; воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высших спиртов и стериды — сложные эфиры высших жирных кислот и полициклических спиртов — стеролов.

Сложные липиды. Состоят из многокомпонентных молекул, компоненты которых соединены химическими связями различно­го типа. К ним относятся: фосфолипиды, состоящие из остатков высших жирных кислот, глицерина или других многоатомных спиртов, фосфорной кислоты и азотистых оснований различной природы; гликолипиды, в состав которых наряду с многоатомным спиртом и высшей жирной кислотой входят также углеводы.

Неомыляемая фракция липидов. В нее входят свободные высшие жирные кислоты, высшие спирты и полициклические спирты (стеролы), производные стеролов — стероиды, жирорастворимые витамины, высшие гомологи предельных углеводородов и другие соединения.

Из простых липидов наибольшее практическое значение име­ют нейтральные жиры, широко встречающиеся в биологических объектах. В некоторых органах и тканях животных их массовая доля достигает 90 %. Животные жиры более разнообразны по на­бору высших жирных кислот по сравнению с растительными. В их составе чаще встречаются высшие жирные кислоты с числом угле­родных атомов от 20 до 24.

Наиболее часто и в большей пропорции в животных жирах (табл. 1.4) встречаются олеиновая (в жирах ее более 30 %) и паль­митиновая кислоты (от 15 до 50 %).

Таблица 1.4 Массовая доля основных жирных кислот в животных жирах, %

Кислота	Говяжий	Бараний	Свиной	Куриный
Пальмитиновая	27,0-29,0	25,0-27,0	25,0-35,0	24,0-37,0
Стеариновая	24,0-29,0	25,0-31,0	12,0-16,0	4,0-7,0
Миристиновая	2,0-2,5	2,0-4,0	1,0	0,1
Олеиновая	43,0-44,0	36,0-43,0	41,0-51,0	37,0-43,0
Линолевая	2,0-5,0	3,0-4,0	3,0-11,0	18,0-23,0
Линоленовая	0,3-9,7	0,4-0.9	0,3-0,6	—
Арахидоновая	0,09-0,2	0,27-0,28	До 2,0	0,3

Животные липиды имеют различную температуру плавления (табл. 1.5), которая зависит от степени непредельности входящих в их состав жирных кислот.

35

Г а б л и ц а 1.5

Температура плавленпя и йодное число некоторых животных жиров

Жир

Полное число

Барании

ГОВЯЖИЙ Свиной Гусиный Конский

44—55 40-50 28—40 26-34 30-43 28-30

71-86 25—27

3 1 -46 33—47 46—66

Коровье масло

Животные жиры представляют собой смесь однокислотных (или простых) и разнокислотных (или смешанных) григлицери- дов, представленных в разных соотношениях. В них также присут­ствует небольшая доля ди- и моноглицеридов, а также свободных жирных кислот.

Триглицериды образуют оптические и геометрические изоме­ры, так как во многих случаях имеют асимметричный углерод­ный атом в остатке глицерина и одну или несколько двойных связей в радикалах кислотных остатков. Характерно, что непре­дельные высшие жирные кислоты в триглицеридах находятся, как правило, в цис-конфигурации, что сказывается на форме мо­лекулы (рис. 1.11).

Кроме нейтральных триглицеридов в состав животных жиров входят липоиды, качественный состав которых представлен фос- фатидами, стеридами и стероидами.

Фосфатиды или глицерофосфолипиды — сложные эфиры гли­церина, высших жирных кислот, фосфорной кислоты и азотисто­го основания.

' Остаток арахидоновой кислоты

Остаток линолевой кислоты

Остаток стеариновой кислоты

Остаток глицерина

• Атом углерода ■ Атом кислорода

•—• Простая связь «Z» Двойная связь

Рис. 1.11. Структура и форма молекулы триглицерида

36

В зависимости от характера азотистого основания среди фос- фатидов различают фосфатидилхолин (лецитины), фосфатидил- коламин (кефалины), фосфатидилсерин и фосфатидилтреонин:

_сН,_0_СО-(СН,)₁₄-СН, СН—О-СО ~(Cbb)_lf,-CH,

I " I

_cH_0-CO-(CH,)_u,-CH, СН-0-С0-(СН^14-(.:Н;

I /^СНз I

CHi-0-P-0-CH,-CH^~N⁺-CH, CH-i—О—Р—О—СН?—СН->—NH;

" ^ \ " " \ ' " \ - - • о о- сн₃ О о~

Лецитин (фосфатидилхолин) Кефалип (фосфатндилколамин)

CHi-0-C0-(CH^)₁₆-CH,

I

СН-0-С0-(СН,)₇-СН=СН-(СН,)₇-СН,

I

СНо-О-Р-О-СН^-СН-СООН

'о^//Чо "ik

Фосфатидилсерин

СН->-0-С0-(СН-,Ь-СН}

I

СН-0-С0-(СН,)₇-СН=СН-(СНч)₇-СН,

I

CHi-O-P-O-CH-CH-COOH

" с/ V ^{1 l+}

^{U 0} CH₃ NH₃ Фосфатидилтреонин

Лецитины наиболее распространены в природе. Некоторые фосфатиды, открытые сравнительно недавно, не содержат азотис­того основания, место которого в молекуле в этом случае занима­ют глицерин и его производные:

CHi—О—СО—R CHiOH

г , г

CH-O-CO-R СНОН

I /

СНт—О—Р—О—СН2

Фосфатидилглицерин

\ /°^Н СНз-О-СО-R СНо—О—Р—О—СН-

СН—О—СО—R' СНОН

I /

СН^-О-Р-О-СН-,

" ^Чон

CH-O-CO-R

I

СНт—О—СО—R

Дифосфатидилглицерин (кардиолипин)

37

Обладая асимметричным строением (2-й углеродный атом ос­татка глицерина всегда асимметричен), фосфатиды оптически ак­тивны и образуют соответствующие стереоизомеры. Вместе с тем им свойственна изомерия за счет перестановки остатков высших жирных кислот из а- в (3-положение или наоборот.

Фосфатиды — важная группа липидов, которые обязательно следует включать в рацион питания. Они способствуют луч­шему усвоению жиров, препятствуют ожирению печени, необ­ходимы для профилактики атеросклероза. Потребность челове­ка в фосфолипидах составляет 5 г в сутки. Из продуктов живот­ного происхождения ими богаты печень, мозги, желтки яиц, сливки; из растительных — нерафинированное подсолнечное масло и бобовые.

В «сыром» жире также содержатся стероиды, которые широко распространены в природе, многочисленны (до 20 тыс. соедине­ний) и выполняют разнообразные функции в организме. В основе их строения лежит циклическая группировка атомов, состоящая из восстановленного фенантрена (полностью восстановленный фенантрен называют пергидрофенантреном) и циклопентана. Эта циклическая группировка называется циклопентанопергидрофе- нантреном или стераном. Общий углеродный каркас стероидов имеет следующий вид:

где X— ОН или OR.

Стероиды делят на две группы: высокомолекулярные цикли­ческие спирты — стеролы и их сложные эфиры — стериды.

С химической точки зрения стеролы — полициклические, одноатомные, ненасыщенные спирты гидроароматического ря­да. Стериды — сложные эфиры специфически построенных циклических спиртов (стеролов) и высших жирных кислот, относятся к группе простых липидов и входят в их омыляе- мую фракцию.

Массовая доля стеролов в жирах, как правило, относительно невелика и составляет менее 0,5 % к массе жира (табл. 1.6), иногда достигая 1 %.

СН₃

38

Т а 6 л и и а 1.6

Жир

Свином

Говяжий

Бараний

Коровьего молока Печени трески

Массовая доля стеролов в животных жирах. %

Ооише j

Свободные ; Этерпфпипрованпые

0.07-0.12 0.07 0.03 0.07 0,52

0,07-0.12 0.07 0.03 0.07 0.27

Следы

0.25

Основным стеролом жиров животных и человека является хо­лестерин (Зр-оксихолестен или А^-холестен-Зр-ол), тривиальное название происходит от греч. chole — желчь и stereos — твердый. Структурная формула холестерина

сн, СН,

нг^ ¹ ' ¹

Н₂С сн, CH-CH-CHo-CH,-CH,-CH

н,с

ноне

СН₃

Холестерин присутствует во всех животных липидах, в крови и яичном желтке и отсутствует (содержится в незначительном коли­честве) в липидах растений. Холестерин является структурным компонентом клетки, участвует в обмене желчных кислот, а также гормонов. В организме человека в печени и других тканях синте­зируется 70—80 % холестерина от его общей массы (250 г на 65 кг массы тела) и около 20 % поступает с пищей. Массовая доля холе­стерина в некоторых животных продуктах приведена ниже.

Продукт

Масло сливочное

Яйца

Сыр

Мясо

Рыба

Массовая доля холестерина, %

0,17-0,21

0,57 0,28-1,61 0,06-0,10 0,03-0,06

Холестерин представляет важную медико-биологическую про­блему в развитии и предотвращении патологических процессов в

39

организме. Средняя концентрация холестерина и плазме кропи со­ставляет от 1.9 до 2,1 г/дм-¹. Повышенный уровень холестерина в крови (более 2.6 г/дм⁵) приводит к гиперхолестеринемии, к раз­витию атеросклероза, поражающего внутренние стенки сосудов. Наиболее опасные его формы — ишемическая болезнь сердца и нарушение мозгового кровообращения. Нарушение липидного обмена происходит при диабете и связано также с гиперхолесте- ринемией. Многочисленными исследованиями установлена чет­кая корреляция между ожирением, связанным, как правило, с пе­рееданием, и повышенным синтезом холестерина в организме. Еще одна неприятность, связанная с уровнем холестерина, — желчно-каменная болезнь. Пересыщение желчи холестерином ве­дет к образованию камней (преимущественно холестериновых) в желчном пузыре и желчных протоках. Исследования последних лет показали, что в этом случае не столько важен общий уровень холе­стерина в желчи, сколько изменение ее фазового состава.

Однако и значительное падение содержания холестерина в плазме крови также может привести к заболеваниям, но уже дру­гого характера. Для взрослого человека допустимой низшей гра­ницей, принятой за норму, считается 1,5 г/дм³. С дальнейшим уменьшением концентрации холестерина возрастает риск таких заболеваний, как повышение активности щитовидной железы, по­ражение коры надпочечников, истощение и т. д.

На уровень холестерина в организме человека заметное вли­яние оказывает состав пищевых жиров. Если в рационе много растительных масел, то уровень холестерина уменьшается; упот­ребление животных жиров в большом количестве ведет к повы­шению концентрации холестерина в плазме крови. Чтобы его нейтрализовать, необходимо включать в диету 2 г ненасыщен­ных жиров на 1 г насыщенных. Нельзя злоупотреблять салом, сливочным маслом, сливками и тому подобными продуктами. Насыщенные жиры, входящие в их состав, не должны превы­шать 10 % рациона.

В целом массовая доля липоидов, входящих в состав животных жиров, включая фосфатиды, стерины и стероиды, невелика и со­ставляет десятые и сотые доли процента.

Окраска животных жиров зависит от наличия каротиноидов — пигментов, окрашивающих жиры в желтый цвет и одновременно служащих провитаминами. Массовая доля каротинов в жирах за­висит от условий кормления животных, достигая максимума к осени при пастбищном откорме. В жирах присутствуют такие жи­рорастворимые витамины, как A, D, Е и К, однако массовая доля двух последних незначительна. Суммарная доля витаминных при­месей служит показателем пищевой ценности жиров.

Соотношение триглицеридов, липоидов и свободных жирных кислот в составе мясных продуктов зависит от сырьевого источни­ка (табл. 1.7).

40

'Г а б л и u а 1.7

Массовая доля липидов в мясе различных животных, г на 100 г съедобной части

Мясо	Триглиие- рплы (алкнлгли- цериды)	Фосфо- лппиды	Холесте­рин	Полине насыщенные кислоты линоле- линоле- вая новая		жирные арахидо- новая
Говядина	13,10	0,80	0,07	0,35	0.12	0,017
Баранина	15,30	0,88	0,07	0.33	0,14	0,016
Свинина	32,00	0,84	0,07	3,28	0,22	0,14

Роль липидов в технологии мясопродуктов многофункцио­нальна. Они могут использоваться как самостоятельный продукт питания (шпик), как пищевые животные жиры, как добавка в ва­реные колбасы в виде шпика и белково-жировых эмульсий; могут входить в состав самостоятельных пастообразных продуктов повы­шенной пищевой ценности на основе эмульсий, а также исполь­зоваться в качестве смесей для внутрикишечного зондового пита­ния, источник липидов в которых тонко эмульгирован.

В связи с необходимостью сбалансированного питания иссле­дование жира сводится не только к определению его массового со­держания, но и к анализу жирно-кислотного состава, пищевой, биологической ценности и других показателей.

Методы количественного определения суммарных липидов в сырье и пищевых продуктах разнообразны и отличаются способа­ми анализа, приемами экстракции, применяемыми экстрагента- ми, подготовкой образцов к анализу, продолжительностью и усло­виями экстрагирования и т. д.

По способам анализа методы делятся на две группы: методы определения массовой доли жира непосредственно в объекте и методы, связанные с предварительным извлечением липидов или жира.

К первой группе относятся методы ядерного магнитного резо­нанса, инфракрасной спектроскопии, турбидиметрии, ультразву­ковые и др.

Во вторую группу входят методы, в которых липиды или жир сначала переводят в органическую фазу с последующим их количественным определением гравиметрическим или дру­гим способом.

Полное извлечение липидов из клеток или тканей представ­ляет собой довольно трудную задачу, поскольку они являются весьма гетерогенной группой соединений, находящихся в клетках как в свободном, так и в связанном состоянии. Причем в пос­леднем случае липиды образуют более или менее прочные ком­плексы с гидрофильными компонентами клетки (белками, углево­дами и др.). В образовании этих комплексов участвуют ван-дер-

41

ваальсовы силы, гидрофобные взаимодействия, водородные и ковалентные связи. Преобладание того или иного типа связей обусловливает различную экстрагируемость связанных липидов из биологического материала.

В зависимости от степени экстрагируемости из клеток липи­ды условно разделяют на свободные, связанные и прочносвя- занные. Свободные липиды легко переходят в слабополярные растворители (петролейный и диэтиловый эфир, хлороформ, бензол и др.), способные разрушать комплексы, образованные с помощью гидрофобных взаимодействий и ван-дер-ваальсовых сил. Для извлечения связанных липидов, удерживаемых в ком­плексах водородными связями (например, в липопротеидах мем­бран), применяют более полярный растворитель (метанол или этанол) в смеси со слабополярными. Прочносвязанные липиды, удерживаемые ковалентными связями, выделяют после гидро­лиза комплекса слабыми растворами кислот или щелочей в органическом растворителе.

По приемам экстракции и полноте извлечения липидов или жира эти способы можно разделить на три подгруппы:

методы экстракции «сырого» жира из измельченного обез­воженного материала неполярным или слабополярным раство­рителем;

методы экстракции «сырого» жира из измельченного невысу- шенного материала полярным растворителем или его смесью со слабополярным или полярным растворителем;

методы экстракции «сырого» жира из бесклеточного или пол­ностью разрушенного (гидролизом, гидродинамической кавита­цией) клеточного материала полярным растворителем или его смесью со слабополярным растворителем.

Отличительной особенностью методов 1-й подгруппы явля­ется извлечение главным образом только свободных липидов, которые сорбированы и механически удерживаются гелевой частью клетки. Применяя эти методы, как правило, использу­ют специальные приборы и аппараты, в том числе аппарат Сокслета.

Главная особенность методов 2-й подгруппы — обеспече­ние оптимальных условий для максимального извлечения ли­пидов из клеточного материала, не подвергнутого разруше­нию химическим или физическим способом. Однако отсутст­вие специальных экстракторов приводит, как правило, к по­тере экстракта при отделении липидов от нелипидной части и других операциях.

Методы 3-й подгруппы можно условно отнести к приемам, обеспечивающим практически полное выделение липидов, в том числе и прочносвязанных. Условность связана с тем, что химичес­кое разрушение клеточного материала при гидролизе изменяет фракционный состав выделяемых липидов, а физическое — не

42

затрагивает липиды. связанные с белками ионной связью, в том числе через ионы двухвалентных металлов. К методам 3-й под­группы относятся методы концентрирования жира в бутироме- рах с помощью поверхностно-активных веществ. В последнее время при оценке полного содержания липидов, а также коли­чества прочносвязанных липидов в различных пищевых про­дуктах и биологических объектах используют метод динамичес­кой кавитации.